CN105378549B - 具有供电系统的光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置，包括至少一个玻璃或聚合物区域，其中有源矩阵位于与至少一个玻璃或聚合物区域接触的位置，所述光学装置包括供电系统，其中供电系统位于布置在顶部且与至少一个玻璃或聚合物区域大致平行的第一辅助平面和第二辅助平面之间，第二辅助平面被布置为与第一辅助平面大致平行且与第一辅助平面相距为小于10cm的距离(L’)，与第三辅助平面或第四辅助平面相距为小于21cm的距离(L)，所述第三辅助平面或第四辅助平面被布置为大致垂直于所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向，其中(L)还是所述第三辅助平面与所述至少一个玻璃或聚合物区域的一个侧面之间的距离，也是所述第四辅助平面与所述至少一个玻璃或聚合物区域的同一侧面之间的距离。供电系统至少包括控制器和至少一个能量储存系统。光学装置包括至少一个光伏元件，其中所述至少一个光伏元件被布置为大致垂直于所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向。本发明还涉及用于这样的光学装置的供电系统，其中所述供电系统包括至少一个控制器和至少一个能量储存系统，所述能量储存系统优选为电池，其中所述供电系统对于光学装置而言可以可逆地移除。

Description

具有供电系统的光学装置
技术领域
本发明涉及包括至少一个玻璃或聚合物区域的光学装置，其中有源矩阵位于与至少一个玻璃或聚合物区域接触的位置，所述光学装置还包括供电系统。
背景技术
已知具有可切换窗的形式的这样的光学装置。
文件JP2004012818公开了一种具有太阳能电池和电池的液晶窗，该文件提出将电池和控制器置于玻璃的夹层(sandwich)之间。此方案的缺陷在于连接至玻璃的连接器通常在玻璃平面的边缘。而且，电池和控制器是可见的，这是不期望的。电池和控制器曝露于太阳热辐射，因而会加热到非常高的温度。如果控制器或电池损坏，则很难被替换。
文件US8213074公开了一种电致变色的窗，其中窗控制器集成在绝缘玻璃单元内。尽管此集成控制器比非定域化的控制器的优势在于集成控制器可以不需要安装分离的控制器，但是集成控制器仍然需要经由电网向系统供电。穿过立面(facade)安装用于与电网连接的线缆会造成额外的工作和成本。
文件US6055089公开了一种由玻璃表面上的光伏元件供电的电致变色的窗。此配置克服了添加额外的电池的需要。然而，此配置具有额外的组装问题，因为在组装绝缘玻璃单元期间PV元件必须连接到控制器。此组装过程与当前绝缘玻璃制造机械并不兼容，因而造成额外的成本。另外，由于光伏元件在玻璃表面上的位置，光伏元件具有高应力应变。
文件US7259730公开了一种固定在窗上的显示器元件。几个用于控制系统的位置被提出，所述控制系统包括向窗供电的电池组。因为没有包括使电池再充电的系统，当电池放电之后就应被更换。对于一些应用(例如，用作窗)而言这可能是不期望的，因为不是所有的位置都可以容易地触及到。而且，更换电池会带来额外的工作，如果只是安装几个窗还可以完成这种更换电池的工作，但对于安装大量窗的情况，更换电池的工作会导致高的维护成本。
发明内容
因此本发明的一个目的在于克服现有技术的缺陷。
此目的通过以下装置来实现：一种光学装置，包括至少一个玻璃或聚合物区域，其中有源矩阵位于与至少一个玻璃或聚合物区域接触的位置，所述光学装置包括供电系统，其中供电系统位于布置在顶部且与至少一个玻璃或聚合物区域大致平行的第一辅助平面和第二辅助平面之间，第二辅助平面被布置为与第一辅助平面大致平行且与第一辅助平面相距为小于10cm的距离L’，与第三辅助平面或第四辅助平面相距为小于21cm的距离L，所述第三辅助平面或第四辅助平面被布置为大致垂直于所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向，其中L还是所述第三辅助平面与所述至少一个玻璃或聚合物区域的一个侧面之间的距离，也是所述第四辅助平面与所述至少一个玻璃或聚合物区域的同一侧面之间的距离。供电系统至少包括控制器和至少一个能量储存系统。光学装置包括至少一个光伏元件，其中所述至少一个光伏元件被布置为大致垂直于所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸区域。
在一个实施例中，控制器用于控制电池。
所述至少一个能量储存系统优选为至少一个电池。
光学装置包括至少一个、优选为多于两个、最优选为四个或更多的光伏元件。所述控制器优选地在电池中暂时存储(至少一个或更多个光伏元件的)生成的功率并使用存储在电池中的功率来控制光学装置的状态。如果光学装置是可切换窗，那么具有光伏元件、控制器和电池的可切换窗的好处在于可切换窗不需要外部电力来切换可切换窗，并且可以减少穿过立面的线缆(用于外部电源)。
优选地，至少一个光伏元件与所述至少一个玻璃或聚合物区域物理接触。
具有物理接触意指其机械地固定到所述玻璃或聚合物区域。
所述至少一个玻璃或聚合物区域具有主延伸方向，而所述至少一个玻璃或聚合物区域的两个表面与此主延伸方向平行。所述第一辅助平面的主延伸方向与所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向平行。另外，所述至少一个玻璃或聚合物区域具有四个侧面(或边缘)，所述四个侧面大致垂直于所述区域的两个表面，并且由于所述侧面，所述至少一个玻璃或聚合物区域的两个表面彼此接触。所述至少一个玻璃或聚合物区域的侧面的厚度由所述区域本身的厚度决定。
有源矩阵与所述至少一个玻璃或聚合物区域接触，其中术语“接触”优选地意指物理接触。这意指所述有源矩阵优选地附接、施加到所述至少一个玻璃或聚合物区域上和/或插入到所述至少一个玻璃或聚合物区域中。
优选地，光学装置包括两个或三个玻璃或聚合物区域而不是所述至少一个玻璃或聚合物区域(见例如图5，区域15/1和15/2)。在此优选的情况下，玻璃或聚合物区域彼此平行；这意指所述区域的主延伸方向彼此平行。在这样的实施例中，有源矩阵优选地被布置在至少两个玻璃或聚合物区域之间。优选地，由于所述有源矩阵，所述区域(经由表面)彼此接触。
优选地，光学装置包括至少一个额外区域(也被称为额外区域)。所述至少一个额外区域具有与所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向大致平行的主延伸方向，其中所述额外区域位于与所述至少一个玻璃或聚合物区域相隔一段距离的位置。为了避免误解，即使所述至少一个玻璃或聚合物区域可以由两个或三个玻璃或聚合物区域组成，这些区域也不是所述至少一个额外区域(见例如图5，区域2)。而额外区域可以包括两个或三个玻璃或聚合物区域。在一个优选的实施例中，所述至少一个额外区域像根据权利要求1所述的光学装置那样被建造。优选地，所述额外区域保护所述至少一个玻璃或聚合物区域并优选具有绝缘功能。如果光学装置是可切换窗，那么所述至少一个额外区域可以是双层、三层或四层玻璃窗(glazing)的一部分。
术语“大致平行”意指在所有情况下，不存在超过5°到10°的偏差。术语“大致垂直”意指所成的角度的范围为大约85°到95°。
供电系统位于所述至少一个玻璃或聚合物区域和所述第二辅助平面之间的空隙或空间(或容积)之中。此用于供电系统的空隙或空间由与所述至少一个玻璃或聚合物区域平行且在所述至少一个玻璃或聚合物区域的顶部且与所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸平面平行的第一辅助平面构建。术语“在顶部”意指所述第一辅助平面位于所述至少一个玻璃或聚合物区域的外表面上。所述至少一个玻璃或聚合物区域的外表面是所述至少一个玻璃或聚合物区域的与所述第二辅助平面的主延伸方向相距最远的表面。所述第二辅助平面优选穿过额外区域，但在所有情况下都与第一辅助平面相隔一段距离并且与所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向平行。所述第一辅助平面和所述第二辅助平面彼此间具有小于10cm的距离，优选为具有8cm到1cm之间的距离，更优选具有3cm到0.5cm之间的距离。所述第一辅助平面和所述第二辅助平面限制了用于在水平方向上布置供电系统的空间或空隙的延伸。第三辅助平面和第四辅助平面大致垂直于第一辅助平面和第二辅助平面并且与所述至少一个玻璃或聚合物区域的侧面大致平行。所述第三辅助平面和所述第四辅助平面限制了在垂直方向上(用于布置供电系统的)空隙或空间的延伸。第三辅助平面和第四辅助平面位于与所述至少一个玻璃或聚合物区域的一个侧面相距小于21cm的位置(见图13)。第三辅助平面和第四辅助平面彼此间的距离小于42cm，优选为41cm到20cm，更优选为在30cm到10cm之间。
如所提及的，至少一个能量储存元件优选为电池，更优选为可充电电池。可充电电池存储由至少一个光伏元件生成的能量并将所述能量施加到光学装置(如果需要的话)。电池优选为基于光学装置的能量需要来选择。在这方面，光学装置的种类(例如窗或屏幕)、电池的最短寿命、电池的操作温度、电池的尺寸和成本是选择标准。在一个实施例中，电池可以是超级电容器、镍金属氢化物(NiMH)电池或薄膜电池。超级电容器的一个示例是MaxellBCAP 0350，NiMH电池的一个示例是Varta V150HT，以及薄膜电池的一个示例是CymbetCBC3150。
供电系统布置在所述至少一个玻璃或聚合物区域和所述至少一个额外玻璃或聚合物区域之间和/或与所述至少一个玻璃或聚合物区域的一个侧面相隔一段距离。在所有实施例中，供电系统被布置在由上述的第一辅助平面、第二辅助平面、第三辅助平面和第四辅助平面构建的空隙或空间(或容积)中。在一个具体实施例中，供电系统的至少一个部件(控制器或能量储存装置)被布置在限定的空间或空隙中。在此具体实施例中，供电系统的部件可以布置在此限定的空间或空隙之外。在另一个(更优选的)实施例中，能量供给系统的所有部件都布置在限定的空间或空隙中。
具有被布置在所述空间或空隙中的供电系统的光学装置具有多个优势。这些优势之一在于所述光学装置可以在工厂中建造为集成产品而不需要建造地点的连接线缆，而所述连接线缆可能导致产品故障和构建的复杂化。
优选地，供电系统至少部分由框架所覆盖。所述框架还优选覆盖光学装置的部件，优选覆盖所述至少一个玻璃或聚合物区域的部分。如果光学装置是可切换窗，则所述框架优选为窗框架。将供电系统布置在所说明的空间或空隙中的另一个好处在于供电系统对于看着光学装置的观察者而言是不可见的。另外，供电系统被框架所覆盖，因而保护供电系统不受外部的力、灰尘、水分和直接的太阳辐射所影响。
术语“至少部分覆盖”意指至少70％、更优选为至少90％且最优选为至少95％的供电系统由框架所覆盖。在一个优选的实施例中，供电系统的所有部件完全被所述框架所覆盖。
优选地，控制器在电池中暂时储存(至少一个光伏元件的)生成的功率并且使用存储在电池中的功率来控制光学装置的状态。如果光学装置是可切换窗，那么具有光伏元件、控制器和电池的可切换窗的好处在于可切换窗不需要外部电力来切换可切换窗，并且可以减少穿过立面的线缆(用于外部电源)。优选地，至少一个光伏元件与所述至少一个玻璃或聚合物区域物理接触。在这样的物理接触的一个示例中，至少一个光伏元件附接和/或施加在所述至少一个玻璃或聚合物区域上，例如在所述至少一个玻璃或聚合物区域的侧面上。
优选地，至少一个光伏元件是薄膜。薄意指所述膜的厚度优选为小于90μm、更优选为小于50μm、最优选为小于10μm且特别优选为小于60nm。光伏元件的有用示例是有机光伏电池(OPV)，如染料敏化太阳能电池(DSSC)(二氧化钛和有机染料的混合物)或有机/聚合物太阳能电池(聚合物和有机染料和富勒烯衍生物的混合物)。此外，如非晶硅(a-Si)、薄膜硅(TF-SI)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒化物(CIS或CIGS)的无机薄膜太阳能电池(TFSC)是有用的。一般而言，至少一个光伏元件优选吸收红外范围和紫外范围内的光。优选地，光伏元件具有大于30％、更优选为大于50％且最优选为大于70％的透明度。
用于至少一个光伏元件的电子器件优选不可见地位于光学装置的框架中。电子器件的所述位置的好处在于不会受到太阳的直接辐射，因而使其环境更加温和，减轻了对电子器件的寿命要求。在此实施例中，机械连接应该置于所述至少一个玻璃或聚合物区域和额外区域之间。
所述至少一个光伏元件优选用间隔件固定或固定在间隔件上。这样的间隔件是管或棒，用于隔开玻璃或聚合物区域(例如所述至少一个玻璃或聚合物区域和额外区域)以建造绝缘的玻璃或聚合物单元。所述至少一个光伏元件被布置为大致垂直于所述至少一个玻璃或聚合物区域的主延伸方向且被布置在此间隔件上面向装置的内部。因此，所述至少一个光伏元件被布置为与第三辅助平面或第四辅助平面平行。如果光学装置是窗，那么所述间隔件优选为窗间隔件。在这样的情况下，所述间隔件可以可选地包括窗控制器的固定处和光伏(PV)布线的引入处。如果使用多于一个光伏元件，那么所述多于一个光伏元件优选布置在所述间隔件的不同侧面上，面向装置的内部(见图8)。
将所提及的位置处的至少一个光伏元件集成在光学装置内且特别是与间隔件集成在一起的好处在于包括用于供电的PV元件的窗控制系统可以在与可切换玻璃窗元件分离的处理中制造。玻璃和间隔件在绝缘单元制造过程中结合。在此控制器设置在间隔件上的情况下，可以在常规的绝缘玻璃生产线上执行此过程，就如同其是常规窗一般。而且，窗控制器或PV的组装中的任何产率问题都不会影响可切换窗制造的产率(或反之亦然)，因而节约了成本。
应注意，在此配置中，至少一个PV元件没有直接面向光。而且，因为光学装置(优选为可切换窗)通常置于绝缘玻璃单元的面向太阳的一侧，所以至少一个PV元件位于所述光学装置(例如，可切换窗)的后面。所以它们接收的光比将它们直接放在太阳下时所接收的光少得多。因此，令人惊讶地发现，这样的配置仍然提供了足够使光学装置全年操作的功率。使用PV元件的这个位置有很多好处。在间隔件上，PV元件不限制或阻碍透过光学装置(例如，可切换窗)的视野。而且，比起将PV元件平行地(扁平地)置于玻璃上的情况，所述位置不那么突出，因而具有美学优势。就此方案的稳健性而言，此位置被较好地保护以免受机械冲击的影响，也不受高温和直接辐射的影响。而且，此位置简化了绝缘玻璃单元的组装，因为具有间隔件的PV单元可以与玻璃或聚合物嵌板(pane)分开制备。因为玻璃或聚合物嵌板通常很沉并且需要一些机械处理，所以如果将昂贵的PV元件固定在玻璃或聚合物嵌板上，则对PV元件的机械冲击可能会造成生产损失。
优选多于一个(最优选为两个到四个)光伏元件被用于光学装置。至少一个光伏元件优选地置于间隔件的内部区域。间隔件的内部区域是面向光学装置内部的区域(见图8)。如果使用了多于一个光伏元件，那么所有或一些光伏元件被布置在间隔件的内部区域。优选使用分离的最大功率点跟踪装置(MPPT)。特别是在使用多于一个光伏元件的情况下，最大功率点跟踪装置连接至用于光学装置的每个侧面的光伏元件。最大功率点跟踪器是优化光伏元件所提供的电压和电流以得到最大功率输出的电子装置。由于太阳在空中的移动而使光学装置的每个侧面(因而具有光伏元件的间隔件的每个侧面)在白天期间经受不同的光强度，分离的MPPT确保了从每一条光学装置(太阳能电池)都提取最优功率。
在优选实施例中，供电系统可以从光学装置可逆地移除。在此具体实施例中，供电系统卡在光学装置上并且可以不损坏光学装置地移除。由于此配置，可以容易地替换供电系统，且有缺陷的供电系统不会导致获取全新的光学装置的需要。在此实施例中，供电系统不被布置在所述至少一个玻璃或聚合物区域和所述至少一个额外区域之间，而是在与第三辅助平面相隔小于15cm(因而在距离L以内)的所述至少一个额外的玻璃或聚合物区域和所述至少一个玻璃或聚合物区域的侧面上。
优选地，光学装置的有源矩阵包含液晶。
在优选实施例中，液晶是聚合物分散液晶、宾主液晶和/或聚合物稳定胆甾相液晶。
在另一个实施例中，光学装置是电致变色装置或悬浮粒子装置。
优选地，光学装置是可切换层。可切换层是在电流或电压的影响下改变其透射性质的层。这些可切换层在本领域已知为可切换窗并且可以是电致变色层、PDLC(聚合物分散液晶)层、宾主液晶层、悬浮粒子装置或胆甾相液晶层。
本发明还涉及用于作为上文段落中的光学装置的示例来说明的可切换窗的供电系统。所述供电系统包括至少一个控制器、至少一个能量储存系统(优选为至少一个电池)，其中在一个实施例中所述供电系统能从可切换窗可逆地移除。“能可逆地移除”意指供电系统机械地并且电子地连接到可切换窗，其中供电系统的更换不破坏可切换窗。在本发明中，供电系统和可切换窗之间的简单的电连接对于光学装置而言不是能可逆地移除的。
优选地，供电系统可位于可切换窗的窗框架中，其中所述框架至少部分地覆盖光学装置(这意指所述框架至少部分地包围供电系统)。术语“可位于窗框架中”意指供电系统从窗的平面延伸不超过5mm，优选小于2mm。而且，因为窗框架的凹处可能含有水分，供电系统例如通过使用合适的灌封材料来密封以防止水分进入。
至少一个光伏元件优选是供电系统的部件。
对于针对光学装置描述的控制器、至少一个能量储存元件(电池)或光伏元件的所有实施例也可以用于并且优选用于供电系统。
附图说明
图1示意性地示出了结合光伏元件和光学装置的供电系统。
图2是示意性地示出了现有技术的供电系统的布置的侧视图。
图3是示意性地示出了现有技术的供电系统的布置的平面图。
图4示出了具有被设置为垂直于第一平面和第二平面的光伏元件的光学装置的两张照片。
图5示意性地示出了具有供电系统的布置的图4的示例的侧视图和垂直布置的光伏元件。
图6示意性地示出了具有供电系统的布置的图4的示例的平面图。
图7示意性地示出了用于供电系统的布置的另一个示例。
图8示意性地示出了作为具有供电系统和光伏元件的光学装置的可切换窗。
图9示意性地示出了第一辅助平面、第二辅助平面、第三辅助平面和第四辅助平面和距离L、L’和L”。
图10示出了置于光学装置的不同侧面上的不同的光伏元件在一个白天之内生成的功率。
图11a示出了在数月之内光伏元件上的垂直辐照度。
图11b示出了面向南的光学装置在数月之内的电池充电情况。
具体实施方式
在图1中示意性地示出用于光学装置的供电系统。在光照之下，光伏元件7(也被称为PV 7)生成电功率。光学装置1需要功率来切换，但这通常与PV 7生成功率不在同一时刻或者所述切换所需要的功率的量与由PV 7所生成的可用的功率的量不相同。因此，其与控制器5相连，该控制器5接收来自PV的功率，将该功率暂时储存在能量储存系统(例如，电池6)中并将该功率转换为要传递到光学装置1的期望的信号。为了确保光学装置1总是工作(即使在没有阳光时)，能量储存系统(电池6)连接至光学装置1。为控制器5和电池6找到正确的位置是个问题。在设计组装这样的PV 7驱动的光学装置1时，为了获得上述好处，需要解决很多问题：PV 7需要放置为使得其接收充足的光以便操作。能量储存(电池6)是庞大的系统并且需要一定的显著的体积来实现用于正确操作的足够大的容量。透过光学装置1的视野不应被这些构件所阻碍，特别是如果光学装置1是可切换窗的话。而且所提到的构件(控制器5，电池6)需要被屏蔽以不受外界影响，因而不能随意放置。例如，可切换窗(作为光学装置1)的表面温度在完全日照下能够超过60度，这一般会对很多可充电电池6造成严重损害。任何在可切换窗的外表面上的缆线或电构件都可能曝露于UV辐射、机械冲击和水分。对所述放置的另一个要求是，想要能够触及到电构件，使得电构件发生故障时能够被替换，而不必替换整个可切换窗。
图2示出了作为具有根据现有技术布置的供电系统的光学装置1的可切换窗。根据图2，光学装置1包括两个玻璃或聚合物区域15以及额外区域2。有源矩阵16位于区域15之间。供电系统位于区域15和额外区域2之间，但位于图9中限定的空间或空隙之外，因而对于观察者而言是可见的。供电系统包括电池6和控制器5。另外，可切换窗还包括间隔件4和光伏元件7。
图3示意性地示出图2的现有技术的可切换窗的平面图。图中可见，供电系统对于观察者而言是可见的，影响视野。
图4示出了作为光学装置1的可切换窗的照片。在上的照片示出了安装在16mm宽的窗间隔件4内的单晶太阳能电池的侧视图。在下的照片示出了窗中这样的间隔件4的顶视图。为了说明这样的设置能够生成功率，对具有被定向为垂直于窗的平面的入射阳光的太阳能模拟器的输出进行测量。面积为16.8cm2的太阳能电池生成了35.6mW的功率。在斜的入射光的情况下，比起常规的单晶太阳能电池或多晶太阳能电池，染料敏化太阳能电池(DSSC)以及薄膜光伏具有相对而言更高的性能，因而是优选的。特别地，DSSC是有优势的。在有角度的情况下其具有优异的性能，并且其光电效率随着光强度的降低而增加。因此，此处DSSC电池提供了额外的优势。
图5是可切换窗(作为光学装置1)的侧视图，其中可切换窗是本发明的一个实施例。新的方案提供了制造光学装置1的途径，其中电池6和控制器5处于受到良好保护的环境中，从外面是不可见的。其不会从可切换窗的平面突出。因此，可以使用任何用于双层或三层玻璃窗的常规的窗框架来安装可切换窗。电池6和控制器5置于双层玻璃窗单元的主要密封物3之外，使得透过窗的视野不会被阻碍。在此实施例中，光学装置1优选为具有有源矩阵16的可切换窗。这样的LC(液晶)可切换窗1可以是PDLC(聚合物分散液晶)窗、宾主LC窗、胆甾相LC或基于偏振器的液晶窗。可切换窗通常置于双层玻璃窗单元的外部位置。至少一个玻璃或聚合物区域15/1与第二(玻璃或聚合物)区域15/2结合，其中有源矩阵16位于区域15/1和15/2二者之间。在下文中，至少一个玻璃或聚合物区域15/1和第二区域15/2都表示为区域15。用额外的玻璃(或聚合物)区域2制造双层玻璃窗单元。两个玻璃或聚合物区域(或嵌板)15以及额外区域(或嵌板)2被通常大小为6mm到30mm的窗间隔件4分开，供电系统(电池6和控制器5)位于区域15和额外区域2之间。在可切换窗间隔件4上和周围施加提供机械强度和对充气隔间8气密性密封的密封材料3。电池6和控制器5置于此隔间之外且在绝缘玻璃单元的容积之中。此设计优选使得距离L小于20cm，甚至优选小于15cm，使得所述窗适配常规的窗框架而不具有任何阻碍视野的事物。用于作为光伏元件7的太阳能电池的一个可以的位置在充气隔间8中。此图示出了根据本发明的示例的可切换窗的侧视图。在此实施例中，避免了让光伏元件7出现在可切换窗的可见区域中。因此，光伏元件7被置于窗间隔件4内。
图6是根据图5的实施例的顶视图。控制器5和电池6被布置在光学装置1的侧面上。光伏元件7不可见地布置在光学装置1的侧面上。光可以通过区域15、区域2上的反射或者通过直接辐射到达光伏元件7上。
图7示意性地示出了根据本发明的另一个示例的可切换窗的侧视图。在此第二示例中，电池6和控制器5置于区域15和区域2的长度之外，但是仍然在绝缘玻璃单元的两个外表面的区域15和额外区域2之间。此方案的好处在于其为电子器件提供一些额外的空间，并且绝缘玻璃单元可以用标准技术来制造。在此设计中，优选用外壳9保护电子器件以保护电子器件不受外界影响。电子器件不可见地位于窗框架10中。此位置的好处在于不会受到太阳的直接辐射，因而使环境更加温和，由此减轻了对电子器件的寿命要求。在此实施例中，在区域15以及额外区域2与外壳9之间应设置机械连接。该支撑挡住了任何从可切换窗到外壳9的力，避免了电子器件被损坏。在图7的实施例中，外壳9容纳控制器5和电池6。因为光伏元件7需要面向光，所以外壳9应该突出到窗框架10之外。其具有与可切换窗一样的厚度，使得其形成所述单元(区域15和额外区域2)的一部分。然而，其可以在施加了密封剂3之后组装到单元上。这样为生产提供了好处。而且，可以使用模块方案，因为结合了光伏元件7的供电系统可以简单地“卡(click)”在可切换窗上以使其成为自供电系统。然而，对于有线的系统而言，可以使用相同的生产方法，但是不“卡上”结合了光伏元件7的供电系统。而且，在此实施例中，供电系统布置在第一辅助平面11和第二辅助平面12(图7中未示出)之间以及第三辅助平面13和第四辅助平面14(图7中未示出)之间。
图8示意性地示出了可切换窗形式的光学装置1。包括至少一个玻璃或聚合物区域15/1和第二玻璃或聚合物区域15/2(未示出)的玻璃或聚合物区域15经由间隔件4与额外区域2(未示出)分开。在间隔件4的内表面上(内表面意指面向光学装置(例如可切换窗)的中间)设置光伏元件7。在图8的示例中，四个光伏元件7置于间隔件4的四个区域上，其中所有光伏元件7按照使得它们面向光学装置1的内部的方式来布置。由于此布置和光伏元件7的数量，光伏元件7能够以足以控制和切换光学装置1(例如，可切换窗)的方式接收非直射阳光。图8的可切换窗还包括控制器5、电池6(作为能量储存装置)和连接器18。
连接器18允许所述窗和所述控制系统之间的一次性或可逆的电连接，其是防水的并且足够小以适配到窗框架的凹处中。例如JST JWPF系列的连接器适合用于此目的。
在图9中，通过使用第一辅助平面11、第二辅助平面12、第三辅助平面13和第四辅助平面14来更详细地说明权利要求1中所述的用于布置供电系统的空间或空隙。至少一个玻璃或聚合物区域15/1(也被称为区域15/1)被布置为与额外区域2相隔一段距离。如果所述至少一个玻璃或聚合物区域15/1包括多于一个区域，那么区域15/1是所述至少一个玻璃或聚合物区域的外区域并因而是光学装置1的外区域。其它区域(作为至少一个玻璃或聚合物区域15/1的一部分)被布置为沿着额外区域2的方向。第一辅助平面11被布置在所述至少一个玻璃或聚合物区域15/1的顶部并且与第一区域15/1的主延伸方向平行。第二辅助平面12也与第一区域15/1的主延伸方向平行但是与第一辅助平面11和区域15/1相隔一段距离。第一辅助平面11和第二辅助平面12之间的距离L’优选小于10cm并且最优选在1cm到6cm之间。如果光学装置1包括额外区域2，那么第二辅助平面12优选穿过额外区域2并且与额外区域2的主延伸方向平行。第三辅助平面13大致垂直于第一辅助平面11和第二辅助平面12，其中第三辅助平面13位于与所述至少一个玻璃或聚合物区域15/1的侧面17相距为小于21cm的距离L的位置。第四辅助平面14也大致垂直于区域15/1和第一辅助平面11并且与区域15/1的同一侧面17相距为小于21cm的距离L(如同第三辅助平面13)并且与第三辅助平面13相距为小于42cm的距离L”(L+L)。供电系统位于第一辅助平面11和第二辅助平面12之间并且还位于第三辅助平面13和第四辅助平面14之间，其中辅助平面11、12、13和14构建了所限定的空间或空隙(或容积)。第一辅助平面11和第二辅助平面12在水平方向上限制了(用于布置供电系统的)空间或容积。因此，供电系统必须布置在至少一个玻璃或聚合物区域15/1与第二辅助平面12(以及额外区域2)之间。第三辅助平面13和第四辅助平面14在垂直方向上限制了(用于布置供电系统的)空间或空隙，其中第三辅助平面13以及第四辅助平面14都与至少一个玻璃或聚合物区域15/1(以及与额外区域2)的端部相距为距离L，其中L小于21cm。术语“大致垂直”意指所成的角度为85°到95°，更优选地为89°到91°，并且最优选为90°。
图10示出了作为根据图8建造的光学装置1的可切换窗在一个白天之内生成的电流。EF曲线为面向东的光伏元件生成的电流。UF曲线为面向上的光伏元件生成的电流。WF曲线为面向西的光伏元件生成的电流而DF曲线为面向下的光伏元件生成的电流曲线。电流用于衡量PV元件所生成的功率。图10示出了，尽管面向下的元件(DF曲线)生成的电流不如其它元件多，但其仍然具有显著的贡献。而且，图10示出了，不同的光伏元件之间生成的功率相差甚远。因此，对每个元件使用分离的最大功率点跟踪器可以优化来自每个侧面的功率输出。
将通过工作示例的方式详细说明本发明，其中所述工作示例只是本发明的一个实施例而不限制本发明。
工作示例
建造了作为光学装置的染料掺杂宾主LC窗并对其自主操作进行了测试。绝缘玻璃窗具有110cm×105cm的尺寸和28mm的厚度。该窗从外到内用以下部件建造：第一玻璃嵌板(15/1)，LC宾主可切换矩阵(16)和第二玻璃嵌板(15/2)(总共8mm厚)；氩间隙(16mm)；低辐射涂层玻璃(4mm)(玻璃或聚合物区域15)。在窗的间隔件上安装了单晶硅PV电池，每个侧面串联连接6个PV电池。窗的全部四个侧面都装配有PV电池(如图8所示，并且每个侧面都具有其各自的最大功率点跟踪器MPPT)。因为每个侧面接收的光的强度可能变化很大，不期望的是，接收最低的光强度的侧面限制了输出电流。克服这一点的一个方法是对每个侧面使用分离的最大功率点跟踪器，使得来自每个侧面的功率输出被优化。
窗控制器是绝缘玻璃单元的部件。窗控制器由电池(NiMH类型，4个串联在一起，4.8V 2200mAh)供电，该电池又由PV电池通过最大功率点跟踪器充电。所述窗装配有能接收来自建筑控制系统的命令以改变窗的透射状态的窗控制器。建筑控制系统(未示出)包含记录了内部和外部的光水平的多个传感器，并且将使用此信息决定所述窗应该切换为暗还是亮。在窗外表面接收了大于100W/m2的太阳光之后，窗被建筑控制系统切换至暗状态。当入射光降到100W/m2以下时，窗切换回透明状态。
在荷兰，窗面向南地设置。功率输出电压和电池功率水平以及建筑的所有侧面的入射光水平被监测并储存。结果在图10和图11中示出，证明了电池从不停止工作并且总是保持在充电90％以上。
附图标记
1 示例可切换窗
2 额外区域
3 密封剂(密封材料)
4 间隔件
5 控制器
6 电池
7 光伏元件(PV)
8 隔间
9 用于电子器件的外壳
10 框架
11 第一辅助平面
12 第二辅助平面
13 第三辅助平面
14 第四辅助平面
15/1 至少一个玻璃或聚合物区域
15/2 第二玻璃或聚合物区域
15 玻璃或聚合物区域
16 有源矩阵
17 至少一个玻璃或聚合物区域15/1的侧面
18 连接器
L 第三辅助平面13/第四辅助平面与至少一个玻璃或聚合物区域的侧面17之间的距离
L’ 第一辅助平面11和第二辅助平面12之间的距离
L” 第三辅助平面13和第四辅助平面之间的距离
EF 曲线
UF 曲线
WF 曲线
DF 曲线

Claims (11)

1.一种光学装置(1)，包括玻璃或聚合物区域和额外区域，所述玻璃或聚合物区域包括第一玻璃或聚合物区域和第二玻璃或聚合物区域，其中有源矩阵(16)位于与所述玻璃或聚合物区域中的至少一个玻璃或聚合物区域接触的位置，所述玻璃或聚合物区域经由间隔件(4)与所述额外区域分开，所述光学装置(1)包括供电系统，其特征在于所述供电系统位于第一辅助平面(11)和第二辅助平面(12)之间，第一辅助平面(11)被布置在顶部且与所述玻璃或聚合物区域大致平行，第二辅助平面(12)被布置为与第一辅助平面(11)大致平行且与所述第一辅助平面(11)相距为小于10cm的距离L’，并且与第三辅助平面(13)或第四辅助平面(14)相距为小于21cm的距离L，所述第三辅助平面(13)或所述第四辅助平面(14)被布置为大致垂直于所述玻璃或聚合物区域的主延伸方向，其中L还是所述第三辅助平面(13)与所述玻璃或聚合物区域的一个侧面(17)之间的距离，也是所述第四辅助平面(14)与所述玻璃或聚合物区域的同一侧面(17)之间的距离，其中所述供电系统至少包括控制器(5)和至少一个能量储存装置，并且其中所述光学装置包括至少一个光伏元件(7)，其中所述至少一个光伏元件(7)的光接收表面被布置为大致垂直于所述玻璃或聚合物区域的主延伸区域，并且其中所述至少一个光伏元件置于间隔件(4)上或者与所述间隔件(4)直接物理接触，并且
其中所述光学装置(1)是可切换窗。
2.根据权利要求1所述的光学装置(1)，其中所述供电系统至少部分由框架(10)所覆盖，其中框架(10)覆盖所述玻璃或聚合物区域。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述至少一个光伏元件(7)与所述玻璃或聚合物区域至少部分接触。
4.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述至少一个光伏元件(7)是薄膜太阳能电池。
5.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中所述能量储存装置为电池(6)。
6.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中多于一个最大功率点跟踪装置被用于所述至少一个光伏元件(7)。
7.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述额外区域是至少一个玻璃或聚合物区域，所述额外区域与至少一个额外的光伏元件接触。
8.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述供电系统能从光学装置(1)可逆地移除。
9.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述有源矩阵(16)包含液晶。
10.根据权利要求9所述的光学装置(1)，其中所述液晶是聚合物分散液晶、宾主液晶和/或聚合物稳定胆甾相液晶。
11.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其中所述光学装置是电致变色装置或悬浮粒子装置。
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