JP5858444B2

JP5858444B2 - エレクトロクロミックデバイス用の制御システム

Info

Publication number: JP5858444B2
Application number: JP2013550618A
Authority: JP
Inventors: スナイカー，マーク・オー; ポドベルスキー，ルー; グリア，ブライアン・ディー
Original assignee: セイジ・エレクトロクロミクス，インコーポレイテッド
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: AU2012209352B2; CN103608719B; AU2012209352A1; BR112013018421A2; EP2668543B1; US9250494B2; EP2668543A1; RU2013137369A; CN103608719A; WO2012102964A1; US20120194895A1; JP2014505905A; KR20140004175A

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、「Control System For Electrochromic Device」と題する、２０１１年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／４３５，３９１の出願日の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その開示内容を参照することにより、本明細書の一部をなすものとする。

エレクトロクロミックグレージングは、エレクトロクロミック材料を含み、エレクトロクロミック材料は、電位の印加に応じて呈色性等のその光学特性を変化させ、それにより、デバイスの透明度を増減させるか又は反射性を増減させることが知られている。従来技術による通常のエレクトロクロミックデバイスは、対向電極層と、対向電極層に実質的に平行に配設されるエレクトロクロミック材料層と、このエレクトロクロミック層から対向電極層をそれぞれ分離するイオン伝導性層と、を備える。さらに、２つの透明伝導性層は、対向電極層及びエレクトロクロミック層に実質的に平行でかつそれらと接触状態にある。対向電極層、エレクトロクロミック材料層、イオン伝導性層、及び導電性層を作製するための材料は、既知であり、例えば、参照することにより本明細書の一部をなす米国特許出願公開第２００８／０１６９１８５号に記載されており、また、望ましいことには実質的に透明な酸化物又は窒化物である。各導電性層を低電圧電源に接続すること等によってエレクトロクロミックデバイスの層状構造両端に電位が印加されると、対向電極層内に格納されるＬｉ＋イオン等のイオンは、対向電極層からイオン導体層を通してエレクトロクロミック層に流れる。さらに、電子は、対向電極層から、低電圧電源を有する外部回路を回って、エレクトロクロミック層に流れて、対向電極層及びエレクトロクロミック層内の電荷的中性を維持する。エレクトロクロミック層へのイオン及び電子の移動は、エレクトロクロミック層、及び任意選択で、相補型ＥＣデバイスにおける対向電極層、の光学特性を変化させ、それにより、エレクトロクロミックデバイスの呈色性、したがって透明性を変化させる。

エレクトロクロミックグレージングを設置するとき、建物のウィンドウフレーミングシステム及び建物の構造システム／支持体を通して電力及び制御用のワイヤを設置することは難しくかつ費用がかかる可能性がある。光電セルに結合した、うまく設計された無線コントローラは、特に建築上の改造用途の場合に、設置のコスト及び複雑さを劇的に減少させることができる。光起電及びエレクトロクロミックスを組み合わせることにより、優れた相乗作用を提供し、着色は一般に昼間だけ必要とされ、より強い着色は、より大きな太陽エネルギーによって得られる。製造及び設置の容易さのためにこうした製品を設計することは、フレーミングシステムの多様性及び設計者の厳しい美的要求が与えられると多くの難題を呈する。厄介なことには、電子デバイスは、ユニットを交換又はデグレージング（deglaze）することなく交換可能であるべきであり、電池が使用される場合、電池もユーザによって交換可能である必要がある。

本発明の一態様は、光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージング（「ＥＣグレージング」）と、少なくとも１つの光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記電流を提供するための、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール及び前記エレクトロクロミックグレージングと通信する電子モジュールと、を備える、光源からの光の透過を調整するためのデバイスである。幾つかの実施形態では、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。他の実施形態では、前記光電モジュールは、外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。更に他の実施形態では、光電モジュール及び／又は電子モジュールは、エレクトロクロミックグレージング組立体に統合される。更に他の実施形態では、光電モジュール（「ＰＶモジュール」）は電子モジュールと組み合わされる。更に他の実施形態では、システムは電池を更に備える。

本発明の別の態様は、光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングと、少なくとも１つの光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気接続される、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと通信する電子モジュールと、を備える、光源からの光の透過を調整するためのデバイスである。別の実施形態では、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。別の実施形態では、光電モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。別の実施形態では、光電モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される。幾つかの実施形態では、前記光電モジュールは、ガラス積層の内部又は外部の層であることができる光電材料を含有する。別の実施形態では、エレクトロクロミックグレージングは、少なくとも２つのガラス板の積層体であり、前記光電モジュールは前記積層体ガラス板間に搭載される。別の実施形態では、電子モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される。別の実施形態では、電子モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。

別の実施形態では、光電モジュール及び前記電子モジュールは、異なる場所に搭載される。別の実施形態では、光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、フレーミングシステムの内部に配置されるか又は該フレーミングシステム内に突出し、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。別の実施形態では、光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、内部骨組内に配置され、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。別の実施形態では、電子モジュールは電池を更に備える。別の実施形態では、光電モジュールは内部絶縁グレージング表面上に配置され、前記電子モジュールは内部骨組内に配置され、前記電子モジュールはビルディングオートメーションシステムと無線通信し、前記電子モジュールは電池を更に備える。別の実施形態では、光電モジュールは、エレクトロクロミックガラス積層体内に配置される。

別の実施形態では、光電モジュール及び前記電子モジュールは組み合わされて単一ユニットにされる。別の実施形態では、組み合わされた光電モジュール及び電子モジュールは、約１０ｍｍ未満の厚さを有する。

別の実施形態では、電子モジュールは、日射強度に応答し、それにより、前記エレクトロクロミックグレージングは、利用可能な太陽光に比例して着色又は色付けされる。別の実施形態では、電子モジュールは、制御ロジック手段を備える。別の実施形態では、制御ロジック手段は、前記光電モジュールからの利用可能なエネルギーを監視する。

別の実施形態では、前記デバイスは電池を更に備える。別の実施形態では、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵは、プライバシコーティング又は反射防止コーティングを含む。幾つかの実施形態では、ＩＧＵは２つのＥＣグレージングを備える。

別の実施形態では、光電モジュール及び前記電子モジュールは組み合わされ、建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。別の実施形態では、電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。

別の実施形態では、電子モジュールは、エレクトロクロミックグレージング配線に並列に配線された光電モジュール及び抵抗器を備える。

別の実施形態では、光電モジュールは、電気的フィードスルーを通して前記電子モジュールに接続される。別の実施形態では、光電モジュールは、無線エネルギー転送手段によって前記電子モジュールに結合される。

本発明の別の態様は、光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングと、少なくとも１つの光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気接続される、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと通信する電子モジュールとを備え、前記電子モジュールはビルディングオートメーションシステム又は他のインタフェース／制御システムと無線通信する、光源からの光の透過を調整するためのデバイスである。

別の実施形態では、光電モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。別の実施形態では、光電モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される。別の実施形態では、エレクトロクロミックグレージングは、少なくとも２つのガラス板の積層体であり、前記光電モジュールは前記積層体ガラス板間に搭載される。別の実施形態では、電子モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される。別の実施形態では、電子モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される。

別の実施形態では、光電モジュール及び前記電子モジュールは、異なる場所に搭載される。別の実施形態では、光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、フレーミングシステムの内部に配置されるか又は該フレーミングシステム内に突出し、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。別の実施形態では、光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、内部骨組内に配置され、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する。別の実施形態では、電子モジュールは電池を更に備える。別の実施形態では、光電モジュールは内部絶縁グレージング表面上に配置され、前記電子モジュールは内部骨組内に配置され、前記電子モジュールはビルディングオートメーションシステムと無線通信状態し、前記電子モジュールは電池を更に備える。別の実施形態では、光電モジュールは、エレクトロクロミックガラス積層体内に配置される。

別の実施形態では、前記デバイスは電池を更に備える。

本発明の別の態様は、光源からの光の透過を調整するためのデバイスを構成する方法であって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングと、少なくとも１つの光電モジュールであって、光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気接続される、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと通信する電子モジュールとを備え、前記電子モジュールはビルディングオートメーションシステムと任意選択で無線通信する、光源からの光の透過を調整するためのデバイスを構成する方法である。

エレクトロクロミックグレージングと並列に配線された光電モジュール及び抵抗器を備える電子モジュールを示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとの間の通信を示す図である。電子モジュールの一実施形態の動作制御又はロジックを示すフローチャートである。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグデバイスとの間の統合を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとを有する制御システムの構成を示す図である。

（詳細な説明）
本発明は、エレクトロクロミックグレージングユニット又は絶縁グレージングユニット（以後、「ＩＧＵ」）、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵに電力を供給するための光電（以後、「ＰＶ」）モジュール、及びエレクトロクロミックグレージングユニット及び／又は光電モジュールのいずれかと通信する電子モジュール、を備える、エレクトロクロミックシステムを対象とする。

本明細書で使用される用語「絶縁グレージングユニット」は、ガラスの２つ以上の層であって、エッジに沿ってスペーサによって分離され、かつ、層間に空気（又は、他のガス、例えばアルゴン、窒素、クリプトン）のデッドスペースを生成するようにシールされる、ガラスの２つ以上の層を意味する。用語「エレクトロクロミックグレージング（electrochromic glazing）」又は「ＩＧＵ」は、本明細書で交換可能に使用される。エレクトロクロミックグレージングは、積層体構造を有することができる（参照することにより開示内容の全体が本明細書の一部をなす、同時係属中の米国特許出願第１３／０４０，７８７号及び同第１３／１７８，０６５号を参照）。

エレクトロクロミックグレージング及び／又はＩＧＵは、通常、建築目的で、例えば建物の建築窓のために使用される。したがって、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵは、窓ガラス板又は他のタイプの建造物骨組（本明細書で総称的に「骨組」又は「建造物骨組」と呼ばれる）内に設置される。当業者が認識するように、建造物骨組は、フレームの外部上にフレームキャップを有することが多い。フレームキャップは、一般に、美的押出成形品（aesthetic extrusion）であり、美的押出成形品は、組立てプロセスの終り近くでフレーム上に搭載され、後で取外すことができる。この技術は、輸送産業等における他の用途での使用に、例えば乗り物での使用に適合することができる。

光電モジュール（複数の場合もある）は、当業者によって適切であるとみなされる任意の場所に配置することができる。幾つかの実施形態では、光電モジュールは、建造物骨組上の外部に又はその周りに配置される。他の実施形態では、光電モジュールは、ガラスがシェーディングを最小にするために垂直である場合に、通常、底部で、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵ表面に直接配置される。エレクトロクロミックグレージングが積層体構造である場合、光電モジュール（複数の場合もある）は、ガラス板間で積層することができ、それが、光電パネル用の一般的な構築方法である。当業者は、エレクトロクロミックグレージング及び／又は電子モジュールに適切に電力供給するために、必要に応じて、光電モジュール内に多くの光電セルを含むことができるであろう。通常、これらの光電セルは、約１５％〜約２０％のセル効率を仮定すると、ガラス面積の約２％と約８％との間を構成することになる。これらの光電モジュールに対する最も一般的な構造はガラス積層体である。カリフォルニア州サンノゼのSunWizeによって作られるような代替のモジュールは、ファイバグラス基板上にソーラセルを搭載し、ポリウレタンでカプセル化することによって構築され、薄く軽量であるが頑丈なモジュールをもたらす。

光電モジュール及びオプションの電池は、用途及び環境の詳細に従ってサイズ決定されることになる。例えば、昼光に自動的に応答することだけを期待されるコロラド州ゴールデンの南向き１５平方フィート（約１．３９平方メートル）ＩＧＵは、３Ｗ（ピーク）ソーラパネル及び８Ｗｈリチウムイオン電池のみを必要とし、一方、日中のグレア１０％について手動で着色されることを期待されるアイダホ州ボイジーの東向き１５平方フィートＩＧＵは、４．５Ｗソーラパネル及び１２Ｗｈ電池を必要とする。

光電モジュールの更なる特徴と、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵと組合せたその使用と、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵに関してそれらを位置決めするためのオプションとが、参照することにより開示内容の全体が本明細書の一部をなす、米国特許第６，０５５，０８９号に記載されている。

幾つかの実施形態では、光電モジュール及び電子モジュールは、単一パッケージ又は単一モジュールに、全体的に又は部分的に結合される。例えば、電子モジュールは、ＰＶモジュール内でセルの背後に組込むことができる。この組合せ式モジュールは、建造物骨組上に、あるいは、グレージングの内部表面又は外部表面上に、あるいは、エレクトロクロミックＩＧＵ内にさえも配置することができる。

電子モジュールは、光電モジュールから離れると、本明細書で更に述べるように、任意の建造物骨組の内部部分又は外部部分に配置することができる。他の実施形態では、電子モジュールは、ＩＧＵ自体の背面に配置することができる。

当業者は、ソーラ給電式電子デバイス及びエレクトロクロミックデバイスに通常関連するこれらの特徴を組合せる適切な電子モジュールを設計することができることになる。当業者に知られている通常のコンポーネントは、（ｉ）MicroChip又はCypress Semiconductorによって作製されるような埋め込み式８ビット又は１６ビットマイクロコントローラを通常使用するマイクロプロセッサ制御部、（ｉｉ）エレクトロクロミックグレージングに可変電圧を提供するリニア又はスイッチング電圧レギュレータ、（ｉｉｉ）無線通信モジュール、（ｉｖ）光電的電圧を回路要求に変換するリニア又はスイッチング電圧レギュレータ、（ｖ）電池充電／放電制御コンポーネント、及び（ｖｉ）低い光における高速スイッチングを可能にする電池又はスーパーキャパシタを備える。これらの特徴のうちの任意の特徴を、単独で又は組合せて使用して、適切な電子モジュールを生成することができる。幾つかの実施形態では、マイクロプロセッサは、電圧変換、電池制御、及び通信（有線又は無線）の全ての機能を管理する。幾つかの実施形態では、無線モジュールは、送受信器回路及びアンテナ（ＲＦ通信用）を備える。他の実施形態では、電子モジュールは、電池等の他のオプションのコンポーネントと組合せることができる。

幾つかの実施形態では、電子モジュールは、日射強度に応じて、エレクトロクロミックグレージング又はＩＧＵを、利用可能な太陽光に比例して着色又は色付けさせる。幾つかの実施形態では、電子モジュールは、図１に示すように、エレクトロクロミックグレージング配線に並列に配線された光電モジュール及び抵抗器を備える。

例として、表１は、最大約１．１Ｖ、約１Ａのピーク電流、及び約２オーム抵抗負荷を提供する２つの結晶性光電セルを使用したサンプル性能計算を示す。抵抗器は、少なくとも１Ｗの定格である必要があり、巻き線型又は炭素組成物等の任意の適したタイプとすることができる。表１では、ＰＶ＋抵抗器電圧は、結晶性ＰＶセルの典型的な応答曲線から導出される。ＥＣ着色レベルは、平衡時における電圧の関数としての着色レベルの測定値を使用してＰＶ＋抵抗器電圧から導出される。ソーラ出力は、単に利用可能な太陽光とＥＣ着色レベルとの積であり、内部光は、単にソーラ出力と１００ｋｌｕｘの通常の全日照時照度値との積である。表は、抵抗器が一貫した内部照度を維持するためにどのように機能することができるかを示す。この受動システムは、簡単な設置によって非常に低い総合コストをもたらすと思われる。

他の実施形態では、電子モジュールは、低い光レベルで逆極性を適用して、完全に透明な状態及び昼光に対する最適化された応答を保証する制御ロジックを有する。光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックグレージングとの間の通信は図２に示される。

電子モジュールの一実施形態の動作制御又はロジックを示すフローチャートが図３に示される。

幾つかの実施形態では、電子モジュールは、単独で又は光電モジュールと組合せて、中央制御システム、建物管理システム（ＢＭＳ）、又は他のユーザインタフェース（本明細書で総称的に「制御システム（control system）」と呼ばれる）と無線通信することが可能である。例えば、ＢＭＳインタフェースは、ＢＡＣｎｅｔ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ、ＫＮＸ、又は任意の他のこうしたインタフェースとすることができる。これらの実施形態では、無線通信は、例えば、特定の状態の手動オーバライド選択、複数のガラス板間の同期、又はビルディングオートメーションシステムとの統合、及び、任意選択で、低い光での高速スイッチング又はイベント（日の出又は日没等）を予期したスイッチングを可能にするエネルギーの貯蔵（電池又はスーパーキャパシタ）のために使用することができる。

制御システムは、参照することにより開示内容の全体が本明細書の一部をなす、米国特許第７，２７７，２１５号、同第７，１３３，１８１号、及び同第６，０５５，０８９号に記載されているように、赤外線パルス、電波、超音波、又は別の無線通信媒体によって上述したエレクトロクロミックシステムにリンクすることができる。本発明に統合することが可能な制御システムの他の特徴もまた、これらの全く同じ特許において記載されている。幾つかの実施形態では、無線通信は、標準的なプロトコル、例えばＺｉｇｂｅｅメッシュネットワーク、８０２．１１ＷｉＦｉ、又はブルートゥースによる。独自の解決策もまた使用することができる。無線通信プロトコルは、通常、その目的のために特定の設計がなされた集積回路又はモジュールを使用して達成されることになる。その目的にとって適切なモジュールは、例えば、Digi International、Synapse Wireless、Motorola、又はPanasonicによって製造されるものを含む。

幾つかの実施形態では、電子デバイスが建物の内部にある場合、アンテナを搭載するための利用可能な表面が存在することになり、アンテナは、別々に搭載されるモジュールとすることができるか、電子モジュール内のコンポーネントとすることができるか、又はプリント配線基板（ＰＷＢ）自体に入るように設計することができる。他の実施形態では、アンテナは、ガラス自体の上で透明導体又はバスバー材料から形成することができる。なお他の実施形態では、光電モジュールは、光電セルが存在しない場合等に、平面アンテナ構造を搭載する空間を有することができる。

全てがユーザインタフェースと無線通信するか又はオートメーションシステムとリンクする、光電モジュールと、電子モジュールと、エレクトロクロミックデバイスと、の間の通信及び／又は統合は、図４に示される。

電子モジュールは、幾つかの実施形態では、他のエレクトロクロミックシステム又は他のビルディングシステム内の他の電子モジュールと（無線又は有線通信によって）直接通信することも可能である。例えば、Ｚｉｇｂｅｅメッシュが使用される場合、全てのユニットは、互いに直接トークすることができ、全てのユニットが、外観を一様にするよう着色レベルを調節することを可能にする。ブルートゥースインタフェースを有するモジュールは、無線電話と直接通信することができる。ＷｉＦｉ（８０２．１１）インタフェースを有するモジュールは、デスクトップ又は可搬型ＰＣ又はルータと直接通信することができる。

幾つかの実施形態では、エレクトロクロミックシステムは、電子モジュールから分離した電池を更に備える。他の実施形態では、電池は、充電式又はユーザ交換可能型である。すなわち、日常保守において、電池（複数の場合もある）は、その性能が低下する場合に交換することができる。適した電池は、種々のリチウム技術、ニッケルカドミウム、又はニッケル金属水素化物に基づく電池を含む。鉄リン酸塩カソードを有するリチウムイオンセル（ＬｉＦｅＰＯ４セル）は、長寿命、所定温度にわたる良好な性能、及びこの用途に適切な安全性を提供する。代替の貯蔵技術は、進化するにつれて、スーパーキャパシタ／ウルトラキャパシタ又は薄膜電池等の技術を含む、本発明とともに使用するのに適するようになることができる。

光電モジュール又は電子モジュールは、任意選択で、将来の拡張のために、更なるインタフェース又はモジュールを備えることができる。同様に、これらの更なるインタフェース又はモジュールを制御するために任意の制御システムを使用することができる。例えば、各エレクトロクロミックシステム内への照明システム、例えばＬＥＤ光、又は、グレージングの状態若しくは他の情報を示す情報ディスプレイ、の将来の追加のためのインタフェース又はモジュールを組み込むことが完全に可能である。エレクトロクロミックグレージング／ＩＧＵ、光電モジュール、及び電子モジュールをエレクトロクロミックシステムに組込む異なる方法の特定の例は、以下の例において更に述べられる。

本発明の第１の態様では（図５参照）、エレクトロクロミックグレージング１１０用の組合せ式光電モジュール／電子モジュール１００（無線通信を持つか又は持たない）は、建物又はウィンドウフレーミングシステム１３０の外部に搭載される。幾つかの実施形態では、光電モジュール／電子モジュール（無線通信を持つ）は、フレームの一部分上に搭載され、該フレームの一部分は、図５に示すように、電気接続部１２０用及びグレージングポケットに対する外部アクセス用の利用可能な空間をフレーム内に有する。グレージングポケットは、その用語が当技術分野で理解される通り、設置を可能にし、ＩＧＵサイズ公差を許容するための、ＩＧＵを直接取囲む未充填空間である。圧力プレートシステムはこうしたシステムの例である。幾つかの実施形態では、ＩＧＵと制御システムとの間の電気接続部１２０は、ＩＧＵの電圧及び電流要件を供給することが可能な防水電気コネクタによって作られる。図５に示す他の要素は、外部シール１４０、クランププレートカバー１５０、フレームクランププレート１６０、内部シール１７０、及び内部フレーム１８０を備える。

組合せ式光電モジュール／電子モジュール（無線通信を持つ）は、任意の厚さを有することができる。幾つかの実施形態では、組合せ式ＰＶ／無線制御モジュールは、その視覚影響を最小にするために、好ましくは約１０ｍｍ厚未満、より好ましくは約６ｍｍ厚未満である。幾つかの実施形態では、目に見える表面は、ほとんど完全に光電表面（セル）から構成されることになる。圧力プレートに取付けられたＰＶ及び／又は電子モジュールを有することは、ガラスが設置された後の設置、及び、その後の故障又は損傷が起こった場合の容易な交換を可能にする。圧力プレート上にＰＶモジュールを有することは、グレージングの視覚エリアに入射しない状態で、ソーラエネルギーを捕捉するための適切なエリアを可能にし、昼光についての機会を最大にする。

本発明の第２の態様（図６参照）では、光電モジュール２００は、外部表面２３０上に搭載され、電子モジュール２０５は、建物又はウィンドウフレーミングシステムの内部にあるか又はその中に突出する。これは、結果として得られるシステムの外形を更に最小にすることになると思われる。幾つかの実施形態では、電子モジュールは、自由に懸垂することができる。他の実施形態では、電子モジュールは、フレームカバーに搭載することができる。更に他の実施形態では、電子モジュールは、図６に示すように、圧力プレートに搭載することができる。他の特徴は、外部シール２４０、クランププレートカバー２５０、フレームクランププレート２６０、外部表面２３０、エレクトロクロミックデバイス又はＩＧＵ２１０、内部シール２７０、及び内部フレーム２８０を備える。

本発明の第３の態様（図７参照）では、電子モジュール３０５は、図６に示す設置と比較して、内部フレームに移動される。これは、空間の内部からの電子モジュールの交換又はオプションの充電式電池の交換のいずれかを可能にするという利益を有すると思われる。示すこの実施形態（及び以下に続く他の実施形態）では、電子モジュール及び電池は、単一ユニットになるよう結合することができるか、又は、分離させておくことができる。

本発明の第４の態様では、光電モジュール４０５は、図８に示すようにＩＧＵ４７５内に配置される。電子モジュール４６５は、幾つかの実施形態では、内部ビルディングフレーム内に配置される。これは、視覚エリアの部分的な損失をもたらす場合があると思われるが、この設計は、配線接続部を削除することによって設置を簡略化すると思われる。この特定の実施形態は、光電ユニットを環境的にシールする必要性をなくすことによって、コストを下げ、信頼性を改善することができるとも思われる。光電モジュールを備える約１５％〜２０％の効率の結晶セルに基づいて、中程度の光レベルで高速にスイッチングするときに高い電流を要求するため、電池があるシステムでは約２％〜約３％のガラスエリアが必要とされ、電池がないシステムの場合、最大８％のガラスエリアが必要とされると推定される。示す他のコンポーネントは、ＩＧＵグレージングライト（glazing lite）４１５、エレクトロクロミック層４２５、ＩＧＵ内部キャビティ４３５、及びＩＧＵスペーサ及びシール４５５を備える。

幾つかの実施形態では、光電モジュールがエレクトロクロミック表面の背後にある（例えば図８B参照）場合、スイッチングフィルムは、最大エネルギー可用性を保証するために、除去されるか又は少なくとも不活性にされる必要があることになる。幾つかの実施形態では、光電モジュールは、ＩＧＵの内部に搭載され、（１）非スイッチングエレクトロクロミック層エリアの上部にあるか、又は、（２）ＥＣフィルム層内に積層される。

この構成では、外部回路に電力をもたらすために、エレクトロクロミックガラスによって使用されるのと同じバスバーシステムを使用することが可能である。さらに、光電モジュールは、幾つかの実施形態では、エレクトロクロミックガラスとの共通接続を共有することができる。例えば、光電モジュールを有する２バスバーエレクトロクロミックＩＧＵは、３つの電気的貫入しか必要としない場合がある。関連する位置決めに関する更なる情報は、参照することによりその全体が本明細書の一部をなす米国特許第６，０５５，０８９号に記載される。

別の実施形態では、エレクトロクロミックフィルムが積層表面から離れるように、エレクトロクロミックガラスが別のガラス片に積層される場合、光電セルは、ガラス板間に積層することができる。他の実施形態では、光電モジュールは、好ましくはエレクトロクロミックフィルム層の外部面上で２つのグレージング間又は２つのガラスライト間に積層される光電フィルム層を備えることができる（例えば図８D参照）。これは、標準的なＰＶ−積層体製造技術を利用し、幾つかの実施形態では、エレクトロクロミックガラスから配線フィードスルーの別個のセットを有することになる。この構成では、光電モジュールに到達するために、太陽光が単一のガラス板を通過するだけであるため、より多くのエネルギーが利用可能になることになると思われる。幾つかの実施形態では、積層体は、三重ガラス板ＩＧＵの一部とすることができる。例えば、図８Ｆは、外部グレージングライトガラス板４１６、内部グレージングライトガラス板４１７、及び内部グレージングライトガラス板４１８を備える三重ガラス板ＩＧＵ内に積層された光電フィルム層を示す。図８Ｆの構成はまた、任意選択で、プライバシ技術フィルム層４９５（例えば、ＩＧＵの内部グレージングライトの最も内側の面上に積層されるか又は最も内側のグレージングライト上に積層することができる）及び／又は第２のエレクトロクロミックフィルム層４９０（例えば、ＩＧＵの内部グレージングライト又は最も内側のグレージングライトの最も内側の面上に積層することができる）の一方又は両方を備えることができる。

更に他の実施形態では、光電モジュールを、エレクトロクロミックフィルム層の外部面上でＩＧＵキャビティ内部に搭載することができることが好ましい（例えば、図８Ｅ）。

本発明の第５の態様では（図９参照）、その構成は、ＩＧＵの内部に光電モジュール４０５を保持するが、電子モジュール４６５を、ＩＧＵの背面に移動させる。これは、事実上任意のフレーミングシステムに適合するという利点を有すると思われる。

一実施形態では、グレージングポケットと建物の内部の間のフィードスルーはフレックス回路（flex circuit）を備える。しかし、任意の適したシールの貫入、又は、誘導結合若しくは光学結合等の任意の無線エネルギー伝達方法を使用することができる。他の実施形態では、ガラス内のシールされた穴を通して、又は、更に他の実施形態では、ガラス表面に直接付着された導体を通して、接続を建物の内部に直接設けることができる。

本発明によるエレクトロクロミックシステムを設置し維持するための方法が以下で概説される。

第１の方法では、ＩＧＵは、ビルディング圧力プレート（building pressure plate）内のアクセス穴を通してＩＧＵからピグテールワイヤを配線している間に、グレージングポケット内に設置される。外部フレーミングカバーが、次に、標準的な手段で取付けられる。次に、グレージングと制御モジュールとの間に達し、その間で電気接続を行うのに十分に大きな穴が、カバー内に穿孔される。無線モジュールとエレクトロクロミックグレージングとの間の電気接続が行われ、次に、モジュールをフレームの表面に搭載する。

第２の方法では、ＩＧＵは、ビルディング圧力プレート内のアクセス穴を通してＩＧＵからピグテールワイヤを配線している間に、グレージングポケット内に設置される。ＩＧＵピグテールワイヤと、フレームの表面に予め搭載された、制御モジュールからカバーを通過したワイヤと、の間のプラグイン接続が、次に行われる。外部フレーミングカバーは、次に、標準的な手段で取付けられる。

第３の方法では、ＩＧＵは、ビルディング圧力プレート内のアクセス穴を通してＩＧＵからピグテールワイヤを配線している間に、グレージングポケット内に設置される。オフサイト場所において、電子モジュール及び光電モジュールは、フレーミングシステムカバーに搭載され、光電モジュールは外部にあり、電子モジュールは内部にある。オンサイトで、設置者は、次に、カバーが搭載された電子モジュールとＩＧＵピグテールとの間の最終接続を行うことになる。カバープレートは、次に、通常の方法で取付けられる。

光電式発電が目的である実施形態では、過剰の電力を集めるために、全ての光電モジュール／電子モジュールを元の中央収集システムに接続するワイヤを付加することが可能である。そして、システムは、エレクトロクロミックグレージングシステムと緊密に統合された通常のＢＩＰＶ（建物一体型光電システム）に似ていることになると思われる。過剰な電力は、幾つかの実施形態では、設置コストを低減し、グリッド−タイ・システムにわたる効率を改善するために、インバータによってグリッド電力に変換することができ、又は、ＥＭｅｒｇｅＡｌｌｉａｎｃｅによって規定されるような低電圧配電システムに直接接続することができる。

幾つかの実施形態では、ＰＶモジュール及び電子モジュールは、フレーミングシステム上ではなく、ガラス上に搭載され、ワイヤを通過させるのに穴は必要とされない。他のタイプのグレージングと厳密に同じようにガラスを設置することができるため、これらの実施形態の設置は、より簡単であると思われる。これらの場合、光電パネル及び電子モジュールを、既に取付けられた状態で設置場所に届けることができ、それによってグレージングを取り扱い設置することがより困難になる場合があるが、設置労力を最小にする。あるいは、光電パネル及び電子モジュールは、後で設置することができる。

本発明は、ＬＥＤ照明又はオートメーションブラインドを含むもの等の他のタイプの電気的活性グレージングに適用することができる。

本発明は特定の実施形態を参照しながら本明細書において説明されてきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び応用形態を例示するにすぎないことは理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に数多くの変更を加えることができること、及び他の構成を考案することができることは理解されたい。
なお、出願当初の特許請求の範囲は以下の通りである。
（請求項１）
光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングと、少なくとも１つの光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気的に接続される、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと通信する電子モジュールと、を備えるデバイス。
（請求項２）
前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項１に記載のデバイス。
（請求項３）
前記光電モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項４）
前記光電モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項５）
前記エレクトロクロミックグレージングは、少なくとも２つのガラス板の積層体であり、前記光電モジュールは前記積層体のガラス板間に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項６）
前記電子モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項７）
前記電子モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項８）
前記光電モジュール及び前記電子モジュールは、異なる場所に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項９）
前記光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、フレーミングシステムの内部に配置されるか又は該フレーミングシステム内に突出し、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項８に記載のデバイス。
（請求項１０）
前記光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、内部骨組内に配置され、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項８に記載のデバイス。
（請求項１１）
前記電子モジュールは電池を更に備える、請求項１０に記載のデバイス。
（請求項１２）
前記光電モジュールは内部絶縁グレージング表面上に配置され、前記電子モジュールは内部骨組内に配置され、前記電子モジュールはビルディングオートメーションシステムと無線通信し、前記電子モジュールは電池を更に備える、請求項８に記載のデバイス。
（請求項１３）
前記光電モジュールは、エレクトロクロミックガラス積層体内に配置される、請求項１２に記載のデバイス。
（請求項１４）
前記光電モジュール及び前記電子モジュールは組み合わされて単一ユニットにされる、請求項１に記載のデバイス。
（請求項１５）
前記組み合わされた光電モジュール及び電子モジュールは、１０ｍｍ未満の厚さを有する、請求項１４に記載のデバイス。
（請求項１６）
前記電子モジュールは、日射強度に応答し、それにより、前記エレクトロクロミックグレージングは、利用可能な太陽光に比例して着色又は色付けされる、請求項１に記載のデバイス。
（請求項１７）
前記電子モジュールは、制御ロジック手段を備える、請求項１に記載のデバイス。
（請求項１８）
前記制御ロジック手段は、前記光電モジュールからの利用可能なエネルギーを監視する、請求項１７に記載のデバイス。
（請求項１９）
電池を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
（請求項２０）
前記光電モジュール及び前記電子モジュールは組み合わされ、建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項２１）
前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項２０に記載のデバイス。
（請求項２２）
前記電子モジュールは、エレクトロクロミックグレージング配線に並列に配線された光電モジュール及び抵抗器を備える、請求項１に記載のデバイス。
（請求項２３）
前記光電モジュールは、電気的フィードスルーを通して前記電子モジュールに接続される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項２４）
前記光電モジュールは、無線エネルギー転送手段によって前記電子モジュールに結合される、請求項１に記載のデバイス。
（請求項２５）
光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングと、少なくとも１つの光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気的に接続される、少なくとも１つの光電モジュールと、前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと通信する電子モジュールと、を備え、前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、デバイス。

Claims

光源からの光の透過を調整するためのデバイスであって、
電流に応じて可変である光透過率を有するエレクトロクロミックグレージングを含み、第１の面に沿う絶縁グレージングユニットと、
光電モジュールであって、該光電モジュールに入射する前記光源からの光に応じて前記エレクトロクロミックグレージングに前記電流を提供するために、前記エレクトロクロミックグレージングに電気的に接続される、光電モジュールと、
前記光電モジュール又は前記エレクトロクロミックグレージングのいずれかと有線又は無線通信するための電子モジュールと、を備え、
前記光電モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングと外部の建造物骨組上の表面とに隣接して搭載され、前記外部の建造物骨組上の表面は、前記第１の面と交差する第２の面に沿い、
前記光電モジュールは、第３の面に沿い、光を受ける受光面を有し、
前記第３の面は前記第１の面と交差し、且つ前記第２の面の上方に配設されるデバイス。
前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して外部の建造物骨組上に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュールは、前記絶縁グレージングユニットの外部表面に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
前記エレクトロクロミックグレージングは、少なくとも２つのガラス板の積層体である、請求項１に記載のデバイス。
前記電子モジュールは、前記エレクトロクロミックグレージングの内部表面若しくは外部表面に、又は、絶縁グレージングユニット内に搭載される、請求項１に記載のデバイス。
前記電子モジュールは、内部又は外部の建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュールは外部表面上に配置され、前記電子モジュールは、フレーミングシステムの内部に配置されるか又は該フレーミングシステム内に突出し、該電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュールは内部絶縁グレージング表面上に配置され、前記電子モジュールは内部骨組内に配置され、ビルディングオートメーションシステムと無線通信し、該電子モジュールは電池を更に備える、請求項８に記載のデバイス。
前記電子モジュールは日射強度に応答し、それにより、前記エレクトロクロミックグレージングは、利用可能な太陽光に比例して着色又は色付けされる、請求項１に記載のデバイス。
前記電子モジュールは、前記光電モジュールからの利用可能なエネルギーを監視する制御ロジック手段を備える、請求項１に記載のデバイス。
電池を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュール及び前記電子モジュールは組み合わされ、建造物骨組上で前記エレクトロクロミックグレージングに隣接して搭載される、請求項１に記載のデバイス。
前記電子モジュールは、ビルディングオートメーションシステムと無線通信する、請求項１３に記載のデバイス。
前記光電モジュールは、電気的フィードスルーを通して前記電子モジュールに接続される、請求項１に記載のデバイス。
前記光電モジュールは、無線エネルギー転送手段によって前記電子モジュールに結合される、請求項１に記載のデバイス。