CN113216818A - 基于mems微镜的新型光伏窗户 - Google Patents
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Abstract
基于MEMS微镜的新型光伏窗户，包括窗框和玻璃，窗框上垂直安装支座，支座与横梁一端连接，横梁上安装光伏电池、太阳高度角传感器；玻璃上安装由数片微镜构成的MEMS微镜阵列，每片微镜从下至上依次设置有基底、电极层、保护层、金属层、补偿层；金属层包括固定部、旋转部以及铰接件，补偿层、保护层分别设置在旋转部上、下两侧，旋转部、补偿层共同构成悬臂；电极层与金属层分别与控制电路的电压输出端正、负极电连接；通过太阳高度角传感器提供的数据调整电极层与金属层的电流大小，通过热应力驱动单片微镜的悬臂以铰接件为圆心进行角度偏转。本发明可以使微镜进行0∼90°的偏转以适应太阳高度角的变化，达到追踪聚光的功能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，涉及建筑窗户光伏发电的结构改进，具体为一种基于MEMS微镜的新型光伏窗户。
背景技术
太阳能被誉为地球上最清洁的能源，但受限于太阳能电池的材料、光伏组件的损耗、地理位置不同产生的辐照不均以及太阳方向时刻变化造成的光能浪费，致使太阳能的发电效率受到影响。
在现有的光伏电站、光伏幕墙、光伏玻璃等光伏发电设备中，就光伏电站来看，虽然能够实现大规模的光伏发电，但是会占用大片的土地，造成资源浪费。而光伏幕墙和光伏玻璃等由于安装在建筑外周，虽然能够解决土地资源占用问题，但对建筑来说无法透光或透光率不好，并且发电效率较低，系统的投资和维护成本较高，光伏材料的消耗也相对较大。
发明内容
本发明提供了一种基于MEMS微镜的新型光伏窗户，以解决现有技术中存在的问题，不仅可以保证传统窗户的高透光率，还能提升光电转换效率，降低光伏电池材料成本。
为了实现本发明的目的，采用以下技术方案：
基于MEMS微镜的新型光伏窗户，包括窗框以及安装在窗框中间的玻璃，所述窗框上垂直安装支座，支座外端与横梁一端连接，横梁的另一端安装光伏电池、太阳高度角传感器；所述玻璃上安装由数片微镜构成的MEMS微镜阵列，每片微镜从下至上依次设置有基底、电极层、保护层、金属层、补偿层；所述金属层包括前端的固定部、后端的旋转部以及连接的铰接件，所述补偿层、保护层分别设置在金属层的旋转部上、下两侧，金属层的旋转部、补偿层共同构成悬臂；所述电极层与金属层分别与控制电路的电压输出端正、负极电连接；太阳高度角传感器的输出端与反馈电路的输入端电连接，反馈电路的输出端与控制电路的信号输入端电连接，通过太阳高度角传感器提供的数据调整电极层与金属层的电流大小，通过热应力驱动单片微镜的悬臂以铰接件为圆心进行角度偏转。
为了进一步提高本发明的效果，还可以采用以下技术方案：
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述支座通过第一转轴与横梁铰接，横梁可以第一转轴为圆心旋转。
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述横梁通过第二转轴与立柱一端铰接，立柱外端安装光伏电池。
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述立柱与光伏电池通过万向节连接。
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述光伏电池采用单晶硅、多晶硅材料制成。
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述玻璃为透明钢化玻璃。
如上所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述MEMS微镜阵列为73片微镜构成的圆形阵列。
如上所述基于MEMS微镜的新型光伏窗户，所述单片微镜的悬臂的角度偏转范围为0～90°。
本发明与现有技术相比的有益效果：
本发明不仅仅可以保证传统窗户的高透光率，还能极大地提升光电转换效率，降低光伏发电材料和设备成本。
本发明中单片微镜可以实现精确的偏转角度调解，驱动方式为热应力驱动，功耗小；单片微镜具有0∼90°的偏转角度范围以适应太阳高度角的变化，能提高太阳光光线的聚光精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述MEMS微镜阵列示意图；
图3为本发明的流程图。
图中，1-窗框，2-支座，3-横梁，4-立柱，5-万向节，6-光伏电池，7-微镜，71-基底，72-电极层，73-保护层，74-金属层，75-补偿层，76-铰接件，8-玻璃。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
如图1所示，本实施例公开的一种基于MEMS微镜的新型光伏窗户，由窗框1、支座2、横梁3、立柱4、万向节5、光伏电池6、微镜7、玻璃8组成。
该每片微镜7从下至上依次设置有基底71、电极层72、保护层73、金属层74、补偿层75，金属层74包括前端的固定部、后端的旋转部以及连接的铰接件76，补偿层75、保护层73分别设置在金属层74的旋转部上、下两侧，金属层74的旋转部、补偿层75共同构成悬臂；电极层72与金属层74分别与控制电路的电压输出端正、负极电连接。
本实施例中，该基底71为玻璃8镜面，电极层72为气相沉积在玻璃8镜面上的ITO氧化铟锡膜。金属层74为铝金属层74。电极层72与金属层74电连接，保护层73设置在电极层72上，金属层74覆盖在保护层73上。
金属层74的前端为固定端，补偿层75沉积在金属层74的上方，金属层74后端、补偿层75共同构成悬臂，中间由铰接件76连接，铰接件76为铰链。通过控制电流大小,利用热应力变化进行偏转，悬臂也会偏转相应的角度。
太阳高度角传感器的输出端与反馈电路的输入端电连接，反馈电路的输出端与控制电路的信号输入端电连接，通过太阳高度角传感器提供的数据调整电极层72、金属层74的输入电流大小，驱动单片微镜7的悬臂以铰接件76为圆心进行角度偏转。
金属层74的旋转部初始状态与基水平，即各片微镜7的初始倾斜角度近似0°。单片微镜7的悬臂角度偏转范围为0∼90°。
继续参见图1所示，本实施例在窗框1上安装有支座2，该支座2以焊接方式与窗框1连接固定。在支座2的上方通过第一转轴连接有一根横梁3，横梁3具备一个上下幅摆的运动自由度，可通过横梁3调节太阳能电池在窗户面上的高度。第一转轴采用螺栓、螺母件。
横梁3的右端通过第二转轴安装立柱4，立柱4具备左右之间摆动的一个自由度，可通过立柱4调节太阳能电池在窗户面上的位置。第二转轴采用螺栓、螺母件。在立柱4下端通过万向节5安装光伏电池6，可以自由调节光伏电池6的姿态。
如图2所示，本实施例在玻璃8平面上有贴合有73个呈圆环状分布的MEMS微镜阵列，MEMS微镜阵列由电热方式进行驱动，可以通过可控制系统调节微镜7的偏转角度，使得各片微镜7可以在任意时刻都能将太阳光光线反射到光伏电池6上。
作为其中一种实现方式，在不使用本发明发电时还可支座2、立柱4、横梁3等进行折叠，增加玻璃8的透光。
如图3所示，本发明在工作时，首先将该基于MEMS微镜的新型光伏窗户安装在建筑上，借助太阳高度角传感器，将捕捉到的太阳位置信息进行处理计算得到相应微镜7的偏转角度信息。
其次，在得到微镜7的偏转信息后，控制系统会给微镜7输送电流，在热应力效应下使微镜7会发生偏转。
再次，偏转之后的微镜7会将太阳光光线都集中反射到光伏电池6发电。
由于在一些时刻会出现盲区，微镜7无法将光线汇聚到中央，故此时可以适当调节横梁3、立柱4及万向节5的相对位置，使得光伏电池6能够到达目标位置区域。
具体实施的选材和方式，以说明书附图为图样，按照说明书附图中各个部件的位置、配合方式实施，采用焊接、铆接、一体成型、卡槽配合等常用的连接方式。实际制作时可以根据实际连接强度需要，无需创造性的选择对应的连接方式、连接点的厚度和强度。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (8)
1.基于MEMS微镜的新型光伏窗户，包括窗框以及安装在窗框中间的玻璃，其特征在于，所述窗框上垂直安装支座，支座外端与横梁一端连接，横梁的另一端安装光伏电池、太阳高度角传感器；所述玻璃上安装由数片微镜构成的MEMS微镜阵列，每片微镜从下至上依次设置有基底、电极层、保护层、金属层、补偿层；所述金属层包括前端的固定部、后端的旋转部以及连接的铰接件，所述补偿层、保护层分别设置在金属层的旋转部上、下两侧，金属层的旋转部、补偿层共同构成悬臂；所述电极层与金属层分别与控制电路的电压输出端正、负极电连接；太阳高度角传感器的输出端与反馈电路的输入端电连接，反馈电路的输出端与控制电路的信号输入端电连接，通过太阳高度角传感器提供的数据调整电极层与金属层的电流大小，通过热应力驱动单片微镜的悬臂以铰接件为圆心进行角度偏转。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述支座通过第一转轴与横梁铰接，横梁可以第一转轴为圆心旋转。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述横梁通过第二转轴与立柱一端铰接，立柱外端安装光伏电池。
4.根据权利要求3所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述立柱与光伏电池通过万向节连接。
5.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述光伏电池采用单晶硅、多晶硅材料制成。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述玻璃为透明钢化玻璃。
7.根据权利1所述的基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述MEMS微镜阵列为73片微镜构成的圆形阵列。
8.根据权利要求1基于MEMS微镜的新型光伏窗户，其特征在于，所述单片微镜的悬臂的角度偏转范围为0～90°。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104196404A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 皇明洁能控股有限公司 | 一种太阳能四微窗 |
| CN106100542A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-09 | 兰姆（青岛）房屋设备制造有限公司 | 一种侧墙窗太阳能光伏板遮阳系统 |
| CN206664861U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 浙江扬帆通用机械制造有限公司 | 一种可利用太阳能发电的船用窗户 |
| CN108892098A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-11-27 | 青岛科技大学 | 一种偏转可控的mems微型反射镜结构 |
| KR20200080702A (ko) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 서영대학교 산학협력단 | 집광형 태양광발전 스마트창문 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104196404A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 皇明洁能控股有限公司 | 一种太阳能四微窗 |
| CN106100542A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-09 | 兰姆（青岛）房屋设备制造有限公司 | 一种侧墙窗太阳能光伏板遮阳系统 |
| CN206664861U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 浙江扬帆通用机械制造有限公司 | 一种可利用太阳能发电的船用窗户 |
| CN108892098A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-11-27 | 青岛科技大学 | 一种偏转可控的mems微型反射镜结构 |
| KR20200080702A (ko) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 서영대학교 산학협력단 | 집광형 태양광발전 스마트창문 |
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