CN203684965U

CN203684965U - 节能发电一体窗

Info

Publication number: CN203684965U
Application number: CN201320829544.XU
Authority: CN
Inventors: 高彦峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2023-12-17

Abstract

本实用新型涉及一种节能发电一体窗，包括：窗基体，以及在所述窗基体周边垂直于所述窗基体的表面设置的至少一个太阳能发电装置，所述窗基体至少具有三层结构，上下两层为低反射透明介质层，中间层为用于调节太阳能透过率并将太阳光散射传导至所述至少一个太阳能发电装置的节能光导层。本实用新型消除了其对窗户透明性和视觉效果的影响，而且该太阳能发电装置能够接收通过节能光导层散射传导的太阳光进而发电，产生电能，此外，节能光导层还具有适应环境温度调节太阳热透过率降低能耗的特性，可以实现窗户智能节能、产能一体化。

Description

节能发电一体窗

技术领域

本实用新型涉及节能及太阳能发电领域，涉及一种同时具有节能和太阳能发电功能的多功能一体化窗。

背景技术

节能窗技术是建筑和车用玻璃节能的重要方式，但现有的节能窗一般只具有调节太阳光热透过的功能，无法和发电系统，尤其是太阳能光伏发电系统联用，功能单一，综合能效较低。由于人们对窗户采光和舒适度的要求，窗户必须具有较高的可见光透过率。要将太阳能光伏发电系统与窗玻璃集成，则需要考虑上述透明性要求对窗户结构进行特殊设计。

传统的太阳光发电的窗户中，太阳能电池板都是平行于窗户表面，这种方式严重影响窗户的视觉效果。但将太阳能光伏板安装在窗框的四周可以成功避免光伏系统对窗户透明性的影响，但由于可接收的太阳光量十分有限，发电效率势必低下。

常见的窗户玻璃节能技术通常依赖玻璃表面膜层，该膜层可吸收、反射或者部分吸收反射太阳光，从而调节太阳光尤其是红外区段的透过率，达到节能的目的。比较理想的节能窗包括电致、热致和气致智能窗，这些节能窗可分别通过外加电场、外界温度或通入气体改变光谱曲线，改变红外区段的透过率。金红石相（R相）二氧化钒是一种具有热致相变性质的金属氧化物。在68℃发生由低温单斜相（M相）到高温金红石相（R相）的可逆相转变。伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率等物理性质都发生剧烈变化，使其在智能窗、热敏电阻材料、红外探测材料方面具有很好的应用前景。

本发明针对上述节能窗只具有单一节能功能的局限，提供一种兼具节能和发电的多用途太阳能光伏发电窗户系统。

实用新型内容

针对上述存在的问题和不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种将太阳能光伏发电系统与节能技术融合的多功能节能发电一体化窗。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种节能发电一体窗，包括：窗基体，以及在所述窗基体周边垂直于所述窗基体的表面设置的至少一个太阳能发电装置，所述窗基体至少具有三层结构，上下两层为低反射透明介质层，中间层为用于调节太阳光透过率并将太阳光散射传导至所述至少一个太阳能发电装置的节能光导层。

根据本实用新型，太阳能发电装置设置在窗基体周边，消除了其对窗户透明性和视觉效果的影响，而且该太阳能发电装置能够接收通过节能光导层散射传导的太阳光进而发电，产生电能，此外，节能光导层还具有适应环境温度调节太阳热透过率降低能耗的特性，可以实现窗户智能节能、产能一体化。

较佳地，所述节能光导层可由透明基质以及位于所述透明基质的表面和/或内部的VO₂粒子组成。

较佳地，所述节能光导层可形成为颗粒状薄膜。

较佳地，所述VO₂粒子的粒径可在10～1000nm之间。

较佳地，所述节能光导层可配置为电致变色、气致变色、和/或热致变色以调节太阳光透过率。

较佳地，所述太阳能发电装置为太阳能光伏板。

本实用新型具有以下优点：

1）可以响应环境温度，智能调节透过窗户的太阳热；

2）改变了太阳能发电窗的形式，利用光散射原理，可以在节能的同时发电，且不影响窗户的整体透明性和美观性；

3）结构简单，易于组装。

附图说明

图1示出本实用新型的原理示意图；

图2示出本实用新型的一个示例结构的示意图；

图3示出本实用新型的一个示例结构的示意图；

图4示出本实用新型的一个示例结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施形态对本实用新型作进一步详细的说明，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。

为了克服太阳能电池板平行于窗户表面安装的传统太阳光发电窗户的视觉效果差的问题，本发明人首先设想将太阳能发电装置（例如太阳能光伏板）安装在窗户四周，以消除发电系统对窗户透明性和视觉效果的影响。其次，本发明人通过计算机模拟计算设计节能层，发现离散的颗粒状薄膜可以对太阳光部分进行散射，使其汇聚到四周的太阳能发电装置而发电。特别是通过选择颗粒的光物理性质，如折射率，以及设计颗粒大小及其间距可以大幅增强散射效应。特别的，利用选择折射率较大的透明层，可实现对散射到其表面光的全反射，从而将这部分散射光导向垂直于窗户的，位于窗框的太阳能发电装置，产生电能。

首先，参见图1～4，其分别示出本实用新型原理图以及三个示例的结构示意图，节能发电一体窗包括窗基体1和设置在窗基体1周边（窗框）太阳能发电装置2，太阳能发电装置2垂直于窗基体1的表面设置。窗基体1包括三层结构，上下两层为低反射透明介质层3，其间夹有节能光导层4。应理解，窗基体1的结构不限于三层，而可以是三层以上。参见图1，节能光导层4具有调节太阳能透过率的功能，同时具有对太阳光的散射作用，能够将太阳光散射传导至位于窗口四周的窗框的太阳能发电装置发电。

低反射透明介质层3可以是玻璃或者聚合物，例如石英玻璃，聚乙烯，聚氨酯，聚碳酸酯等透过可见近红外光的有机或无机材料。

可以在在窗基体1周边（窗框）的一面或多面设置一个或多个太阳能发电装置2，太阳能发电装置2可以采用常用的太阳能光伏板。

节能光导层4可以是智能节能光导层，例如含有可以调节太阳光透过率的无机或高分子粒子或其掺杂等改性粒子，其调节太阳光透过率的方式可以是吸收、反射或者部分吸收部分反射等，比如可以是电致、气致或者热致变色智能窗。参见图2～4，节能光导层4由透明基质5以及位于透明基质的表面和/或内部的智能粒子6组成，这样，节能光导层4不仅能够适应环境温度调节太阳热透过率降低能耗，而且位于透明基质5的表面和/或智能粒子6能够将入射的太阳光散射传导至太阳能发电装置2用于发电。图1～3示出的节能发电一体窗除了节能光导层4的结构不同，其他结构和部件基本相同。

下面参照图2～4详细说明节能光导层4的组成。首先图2，节能光导层4由透明基质5和均匀分散在透明基质5中的智能粒子6组成。又参见图3，节能光导层4由透明基质5和分布在透明基质5表面的智能粒子6形成的离散的颗粒状薄膜组成。又参见图4，节能光导层4由透明基质5和连续形成在透明基质5上的智能膜7形成。透明基质5也可以是玻璃或者聚合物，例如石英玻璃，聚乙烯，聚氨酯，聚碳酸酯等透过可见近红外光的有机或无机材料。智能粒子6的粒径可以是10～1000nm之间。优选用具有热致相变特性的VO₂粒子和/或掺杂VO₂粒子作为智能粒子，又，VO₂粒子和/或掺杂VO₂粒子表面可以包裹有选自TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、HfO₂中的至少一种透明金属氧化物。本实用新型利用VO₂纳米粒子光散射机理，将入射窗户太阳光的一部分散射，太阳能电池板位于窗框中，产能的同时不影响窗户视觉效果，并且VO₂纳米粒子本身具有相应环境温度调节太阳热透过率降低能耗的特性。该设计可以实现窗户智能节能一体化。

本实用新型的节能发电一体窗还可以通过导线依次串联有控制器、逆变器，控制器还与蓄电池串联在一起，将电能储存，也可以直接利用。

计算机模拟发现，颗粒对入射光的散射随其尺寸增大而增强，颗粒阵列薄膜有显著的散射效应。计算机模拟图1、2、3所示三种结构的散射光谱曲线、可见-近红外透过率光谱曲线、和电池I-V曲线，结果发现，三种结构均具有散射功能、温控节能功能和发电功能，证明这种设计是可以同时实现节能发电的。同时，散射较强烈的颗粒状薄膜（图3）效果最佳，连续薄膜（图4）作为散射层的发电效率最差。

下面进一步例举实施例以详细说明本实用新型。同样应理解，以下实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

基于图2组装节能发电一体窗：包括太阳能电池板2、光导层4、低反射透明介质层3以及VO₂分散粉体组成；

低反射透明介质层1能够使用玻璃基板等作为基板，但是并不限定于此，是具有可见近红外透光性的基板即可。含有VO₂粉体在光导层4的内部。光导层4采用聚氨酯作为基体，但是并不限定于此。

实施例2

基于图2组装节能发电一体窗：包括太阳能电池板2、光导层4、低反射透明介质层3以及VO₂粉体采用SiO₂和TiO₂包覆后形成的分散粉体组成；

低反射透明介质层3能够使用聚碳酸酯板等作为基板，但是并不限定于此，是具有可见近红外透光性的基板即可。为调节粉体折射率，VO₂粉体采用SiO₂和TiO₂包覆，但并不限于这两种材料，可见近红外透过的金属氧化物均可。包覆粉体中采用在光导层4的内部。光导层4采用聚氨酯作为基体，但是并不限定于此。

实施例3

基于图3组装节能发电一体窗：包括太阳能电池板2、光导层4、低反射透明介质层3以及VO₂粉体组成；

低反射透明介质层3能够使用聚氨酯板等作为基板，但是并不限定于此，是具有可见近红外透光性的基板即可。为调节粉体折射率，VO₂粉体分散在光导层4表面。光导层4采用聚氨酯作为基体，但是并不限定于此。

实施例4

基于图4组装节能发电一体窗：包括太阳能电池板2、光导层4、低反射透明介质层3以及VO₂粉体组成；

低反射透明介质层3能够使用聚氨酯板等作为基板，但是并不限定于此，是具有可见近红外透光性的基板即可。为调节粉体折射率，VO₂层镀在光导层4表面形成连续膜。光导层4采用石英玻璃作为基体，但是并不限定于此。

在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims

1.一种节能发电一体窗，其特征在于，所述节能发电一体窗包括：窗基体，以及在所述窗基体周边垂直于所述窗基体的表面设置的至少一个太阳能发电装置，所述窗基体至少具有三层结构，上下两层为低反射透明介质层，中间层为用于调节太阳光透过率并将太阳光散射传导至所述至少一个太阳能发电装置的节能光导层。

2.根据权利要求1所述的节能发电一体窗，其特征在于，所述节能光导层由透明基质以及位于所述透明基质的表面和/或内部的VO₂粒子组成。

3.根据权利要求2所述的节能发电一体窗，其特征在于，所述节能光导层形成为颗粒状薄膜。

4.根据权利要求2所述的节能发电一体窗，其特征在于，所述VO₂粒子的粒径在10～1000nm之间。

5.根据权利要求1所述的节能发电一体窗，其特征在于，所述节能光导层配置为电致变色、气致变色、和/或热致变色以调节太阳光透过率。

6.根据权利要求1所述的节能发电一体窗，其特征在于，所述太阳能发电装置为太阳能光伏板。